技術詳解「中國天眼」:世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST

技術詳解“中國天眼”:世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST

仰望星空,有無數來自宇宙的信號,蘊含著宇宙的奧秘。為捕獲這些信號,歷經20多年,大國重器“中國天眼”工程終於完成。

FAST(Five-­hundred-­meter Aperture Spherical radio Telescope, 500米孔徑球面射電望遠鏡),自2017年10月取得首批成果,一年以來FAST已經探測到59顆優質的脈衝星候選體,有44顆已得到認證。

技術詳解“中國天眼”:世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST

上圖為FAST觀測脈衝星示意圖以及脈衝星的歸一化平均脈衝輪廓和單脈衝輪廓。A(上)為FP1平均脈衝輪廓,FAST通過約52.4秒漂移掃描(紅色)產生信噪比為Parkes望遠鏡L波段積分2100秒結果(灰色)信噪比的3倍,表現出FAST高靈敏度優勢。A(下)為FP1單脈衝輪廓。B為FAST採用跟蹤觀測5分鐘,獲得的另一顆新脈衝星FP2的單脈衝輪廓。

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幾天前,2018年10月15日中科院國家天文臺宣佈,經國際天文學聯合會小天體命名委員會批准,國際天文臺於1998年9月25日發現的國際永久編號為“79694”的小行星被正式命名為“

南仁東星”。

仰望星空,致敬這位“中國天眼”的發起者和奠基人!

在FAST落成前,阿雷西博望遠鏡以300米口徑已經獨霸世界最大口徑射電望遠鏡50多年,利用其超高的靈敏度做出了很多重大天文學發現。

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但阿雷西博望遠鏡的主鏡面是完全固定的球面,成像是不完美的,為了對像差進行改正,上圖所示的饋源艙本身需要對信號做二次、三次反射,複雜的光路讓它不得不重達500多噸。

技術詳解“中國天眼”:世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST

FAST工程的主鏡面採用了主動面技術,每一塊麵板都可以在促動器的驅動下上下運動,把鏡面從初始的球面形靈活地變成拋物面型,通過主鏡的主動變形來實現對天體的跟蹤,同時實現對像差的改正。所以FAST望遠鏡的饋源艙外觀非常簡潔,沒有複雜的懸架結構,只要用6根柔性索吊著就可以。

FAST主要技術指標

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主動反射面系統

反射面的功能是將電磁波反射到焦點,以便接收器可以接收和記錄信號。包括一個口徑500米由近萬根鋼索組成的反射面索網主體、反射面單元、促動器裝置、地錨、圈樑等。

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反射面索網安裝在格構式環形圈樑上,它有2400個連接節點,在索網上安裝4600個反射面單元,2400個節點下方連接下拉索和促動器裝置,促動器再與地錨連接,形成了完整的主動反射面系統,能夠實現實時控制下形成瞬時300米口徑拋物面的功能。

饋源支撐系統

在窪地周邊山峰上建造6個百餘米的支撐塔,安裝公里尺度的鋼索柔性支撐體系及其導索、卷索機構,以實現饋源艙的一級空間位置調整;

技術詳解“中國天眼”:世界上最大的單口徑射電望遠鏡FAST

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製造直徑10米左右的饋源艙,在饋源艙內安裝Stewart平臺(精調並聯機器人)用於二級調整;製造兩級調整機構之間的轉向機構,輔助調整饋源艙的姿態角。

測量與控制系統

建設10餘個毫米級精度基準站組成的測量基準網。通過9個近景測量基站,對反射面位形實時掃描;利用激光跟蹤儀及激光跟蹤系統實現對饋源艙實時反饋的控制;建設現場總線系統,實現反射面的主動變形;建設實時檢測和健康監測系統。

饋源與接收機系統

研製高性能的多波束饋源接收機,頻率覆70MHz-3GHz。研製饋源、低噪聲製冷放大器、寬頻帶數字中頻傳輸設備、高穩定度的時鐘和高精度的頻率標準設備等。配置多用途數字天文終端設備。

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觀測基地建設

主要負責觀測基地及輔助設施的建設(包括道路施工等),以確保高質量的支持望遠鏡的運行、觀測和維護,並滿足 FAST工作人員的工作與生活需要。根據功能需要,觀測基地的建築計劃包括綜合樓、維修廠房和分散在基地及反射面周圍的零星建築等。

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更多FAST細節請參看南仁東的"FAST Project"一文,共36頁,今日發送“

181022”可直接下載學習。

更多新時代的發展成就正在一一實現,而這少不了無數默默奉獻的工作者,他們在有重大科研成果出來前很少會得到關注。但是他們為了探索宇宙的未知,為了祖國和人民的利益,辛勤耕耘,奉獻了自己的一生。

踏過平庸,進入廣袤的宇宙。


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